SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件課程二十六：融會貫通

在本課中，我們將進(jìn)行一項(xiàng)高難度的鏡頭設(shè)計(jì)任務(wù)，該任務(wù)將包含您在之前課程中學(xué)到的許多強(qiáng)大功能。

這種鏡頭須在0.38到0.9微米的波長范圍內(nèi)工作。此外，我們希望鏡頭光圈數(shù)F / 0.714。以下是要求：

1.光源在無窮遠(yuǎn)處，0.8度半視場，1.26毫米半孔徑。 2.光譜范圍0.38至0.9微米。 3.F/number 0.714 4.總長不超過45毫米。 5.良好的畸變校正。 6.像方遠(yuǎn)心。 7. 無薄邊邊緣，中心厚度不超過8毫米

這個任務(wù)可能需要10個鏡片，但是我們想逐漸增加鏡片。我們?yōu)镈SEARCH設(shè)置了輸入，要求提供8個鏡片的透鏡。這將為我們提供一些潛在的初始結(jié)構(gòu)，一旦我們看到事情的進(jìn)展，就可以根據(jù)需要增加復(fù)雜性。由于光譜范圍很寬，我們選擇指定五個波長而不是通常的三個波長，以避免中間波長的誤差。

    CORE 14

    DSEARCH 3 QUIET

    

    SYSTEM

    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS

    UNI MM

    OBB 0 0.8 1.26

    WA1 0.9 0.77 0.64 0.51 0.38

    CORDER 3 1 5

    END

    

    GOALS

    ELEMENTS 8

    FNUM 0.7143 100

    BACK 0 0

    TOTL 0 0

    STOP FREE

    COLORS M

    RSTART 10

    THSTART .25

    ASTART 0.1

    RT 0.7

    OPD

    QUICK 50 50

    ANNEAL 200 20 Q

    END

    SPECIAL PANT

    SLIMIT 100 0.1

    END

    

    SPECIAL AANT                 ! 設(shè)置特殊優(yōu)化函數(shù)

    AEC .1 1 .05             ! 邊緣探測器

    ACM .1 1 .05             ! 透鏡最小厚度

    ACC 8 1 0.5                  ! 最大透鏡TH

    ACA 70 1 1                  ! 避免臨界角度折射

    LUL 45 1 1 A TOTL                !  限制總長

    A BACK

    M 0.5 1 A BACK             ! 想要0.5mm的圖像間隙

    M 0 1 A P YA 1 S GIHT     ! 控制畸變

    M 0 1 A P HH 1             ! 使其遠(yuǎn)離中心

    END 

    GO

運(yùn)行這個文件，在不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)獲得一個不錯的起點(diǎn)。DSEARCH為我們創(chuàng)建了一個優(yōu)化MACro，在運(yùn)行它然后運(yùn)行了幾個周期后，我們得到了這個設(shè)計(jì)：

由于色差校正將是一個挑戰(zhàn)，下一步是找到一些有可能制造“超消色差”的透鏡。使用命令MGT打開玻璃庫，選擇Schott玻璃庫，單擊圖形按鈕，然后選擇底部選項(xiàng)，以繪制P *與P **。需要三種玻璃在一條長線上。按住單擊鏡片P-SF68，它定義了線的底部，然后單擊鏡片N-PK52A，定義頂部。

看到玻璃N-F2嗎?它在線的中心附近。這給了三種類型的玻璃，但是我們還不知道該給哪個透鏡賦值。不要擔(dān)心:GSEARCH可以告訴我們。

接下來創(chuàng)建兩個文件。第一個是普通的優(yōu)化文件。使用DSEARCH為我們很好地創(chuàng)建的MACro，刪除GLM變量并請求40次運(yùn)行。如果上述玻璃組合導(dǎo)致光線追跡失敗，須要求優(yōu)化程序運(yùn)行自動光線故障修復(fù)程序。

    PANT

    SLIM 100 0.1

    VY 0 YP1  ! 讓程序找到最佳光闌位置

    VLIST RD ALL

    VLIST TH ALL

    END

    AANT P

    M   0.140000E+01  0.100000E+03 A CONST 1.0 / DIV FNUM

    GSR     0.500000     1.000000      4  M    0.000000

    GNR     0.500000     1.000000      4  M    0.500000

    GNR     0.500000     1.000000      4  M    1.000000

    AEC .1 1 .05

    ACM .1 1 .05

    ACC 8 1 0.5

    ACA 70 1

    LUL 45 1 1 A TOTL

    A BACK

    M 0.5 1 A BACK

    M 0 1 A P YA 1

    S GIHT

    M 0 1 A P HH 1

    END

    SNAP 10

    SYNOPSYS 40 0 FIX 30

    我們保存文件并命名為GSOPT.MAC，因此會產(chǎn)生第二個宏去驅(qū)使GSEARCH運(yùn)行我們想要的結(jié)果。(L26M3)

    GSEARCH 3 QUIET LOG

    SURF

    1 3 5 7 9 11 13 15

    END

    NAMES

    S N-PK52A

    S N-F2

    S P-SF68

    END

    USE 3  ! 僅允許使用所有三種玻璃類型的情況

    GO

然后我們運(yùn)行這個文件。

我們得到的結(jié)果如下：

這已經(jīng)接近要求 - 但讓我們嘗試其他的東西。超消色差的理論適用于薄透鏡，并且這些薄透鏡不是很薄。回到DSEARCH的結(jié)果，這一次要求GSEARCH從Schott目錄中找到相應(yīng)玻璃，與目前的玻璃相差不遠(yuǎn)。將GSEARCH MACro更改為：

    GSEARCH 3 QUIET LOG

    SURF

    1 3 5 7 9 11 13 15

    END

    NEAREST 3 P

    S

    END

    GO

然后再次運(yùn)行它。結(jié)果更好，如下所示。

我們是否可以用更少的透鏡來達(dá)到我們的目的?使用自動透鏡刪除功能很容易找到。在優(yōu)化MACro的頂部添加一個新的命令行：

AED 3 QUIET 1 16

并再次運(yùn)行它。程序檢測到您可以刪除透鏡5。點(diǎn)擊OK（刪除該透鏡），從MACro中刪除AED行，然后重新優(yōu)化并模擬退火。現(xiàn)在你得到了這個：

只需要七個鏡片！讓我們來看看MTF效果。

    FCO 0

    MFF

    ICOL M

    HBAR 0 .5 .75 1

    GBAR 0

    PLOT

在像質(zhì)分析里面選擇MTF（衍射） 多視場衍射MTF，顏色改為M，然后運(yùn)行MMF

讓我們看看后焦點(diǎn)位置與波長的函數(shù)。輸入AI句子

我們完成了嗎？讓我們看看后焦點(diǎn)位置與波長的函數(shù)有多穩(wěn)定。輸入AI句子：PLOT BACK FOR WAVL = .38 TO .9

在這個寬譜范圍內(nèi)，近軸焦點(diǎn)位置僅變化約0.6 uM。是的，這是一個很好的鏡頭！在你真正制作鏡頭之前，請將光闌移動到表面5 - 但這對于本課來說已經(jīng)足夠了。您可以看到SYNOPSYS如何輕松應(yīng)對這一具有挑戰(zhàn)性的問題。

如果七個鏡片的結(jié)果不夠好怎么辦？那么，您可以嘗試自動透鏡插入功能，添加該命令行

AEI 3 1 14 CONLY 100 1 10 50

到MACro的頂部。這將在所有當(dāng)前鏡頭的每一側(cè)依次添加膠合透鏡，然后返回最佳效果的組合。使用這些工具，您可以選擇其中一種方式 如果您還想嘗試空氣間隔，請將CONLY更改為CEMENT。然后他們也將進(jìn)行測試。

如果我們在P * -P **圖上選擇不同的行，會發(fā)生什么？這會給我們?nèi)N不同的玻璃嘗試。在嘗試之前，你永遠(yuǎn)不會知道還有什么可能比這更好。

當(dāng)你擁有如此多的強(qiáng)大工具時(shí)，探索其他組合很有趣并且往往是有益的。

如果你想了解我們優(yōu)秀鏡頭的屬性，這里是RLE文件：

    RLE

    ID EXAMPLE WIDE-SPECTRUM FAST LENS       50760

    ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000001011101     93

     FNAME 'DSEARCH07.RLE                                     '

     MERIT   0.252142E-03

     LOG    50760

     WA1 .9000000 .7700000 .6400000 .5100000 .3800000

     CORDER   3   1   5   2   4

     WT1 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000 1.00000

     APS               1  UNITS MM

     OBB  0.000000      0.80000      1.26000     -0.14478      0.00000      0.00000      1.26000    0 AIR

    1 RAD    -12.3575888493127   TH      8.00349843

    1 N1 1.70683888 N2 1.71075605 N3 1.71661866 N4 1.72704962 N5 1.75095371

    1 CTE   0.568000E-05

    1 GTB S    'N-LAK10         '

    2 RAD      5.6036307276255   TH      0.42904026 AIR

    3 RAD      8.4130780171013   TH      6.59790611

    3 N1 1.73259261 N2 1.73873215 N3 1.74890937 N4 1.76882390 N5 1.82136771

    3 CTE   0.800000E-05

    3 GTB S    'SF4             '

    4 RAD     -9.1818032305934   TH      5.54967141 AIR

    5 RAD    -56.1367087651872   TH      8.00224863

    5 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514

    5 GTB S    'N-LASF46B       '

    6 RAD      4.8482482223468   TH      0.10000000 AIR

    7 RAD      4.3440291976542   TH      1.00000148

    7 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013

    7 CTE   0.130100E-04

    7 GTB S    'N-PK52A         '

    8 RAD     -5.7980974504808   TH      0.10000000 AIR

    9 RAD      3.1580916229850   TH      1.00865373

    9 N1 1.49128809 N2 1.49299454 N3 1.49554375 N4 1.50001997 N5 1.50986013    9 CTE   0.130100E-04

    9 GTB S    'N-PK52A         '

    10 RAD     -6.1466379437070   TH      0.12251679 AIR

    11 RAD     -5.2492188361156   TH      6.03606534

    11 N1 1.88762683 N2 1.89708892 N3 1.91293610 N4 1.94491007 N5 2.03856725

    11 CTE   0.590000E-05

    11 GTB S    'N-SF66          '

    12 RAD     -7.8896787646760   TH      0.10004337 AIR

    13 RAD      1.1618206771614   TH      1.00000000

    13 N1 1.87928012 N2 1.88604915 N3 1.89699697 N4 1.91801250 N5 1.97244514   13 GTB S    'N-LASF46B       '

    14 RAD      1.0699320226013   TH      0.49970566 AIR

    14 TH       0.49970566

    14 YMT      0.00000000

    15 CV      0.0000000000000   TH      0.00000000 AIR  

    END

你認(rèn)為你可以通過不同的鏡頭設(shè)計(jì)程序快速找到這種設(shè)計(jì)嗎？我們不這么認(rèn)為。嘗試一下，如果它成功的話，讓我們知道它花了多長時(shí)間。